楼板对钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌性能的影响

关键词：钢筋混凝土框架结构 连续倒塌 楼板 拆柱 

　　1 结构模型和分析流程 

　　1.1 钢筋混凝土平面框架模型信息 

　　本文采用钢筋混凝土整体式建模，以一个两跨三层的钢筋混凝土平面框架为分析对象。 

　　框架信息：首层层高3.6m，其余层高均为3.3m，柱截面尺寸400mm*400mm，梁截面尺寸200mm*400mm，纵向跨度4.5m，板厚150mm，取1/3板的跨度与梁组成T型梁，即T型梁的翼缘宽度为1500mm。 

　　材料信息：选用SOLID164体单元模拟钢筋混凝土框架和SHELL163板单元模拟刚性体地面。混凝土材料本构关系采用*MAT_CONCRETE_DAMAGE_REL3（混凝土损伤）模型，地面采用*MAT_20刚性体材料。混凝土强度等级为C30，弹性模量为30Gpa，泊松比为0.2，密度为2500KN/m3， 失效应变为0.0033。 

　　荷载信息：楼面恒载为5.0KN/m2，楼面活载为2.0KN/m2，屋面恒载为5.0KN/m2，屋面活载为2.0KN/m2（采用上人屋面）。 

　　分析流程 

　　根据美国DOD规范的拆柱方法，对于本文建立考虑楼板作用模型和不考虑楼板模型均采取拆柱底层中柱和拆除底层边柱这两种工况下进行分析。柱正确的拆除方法是将柱从梁底移除，梁柱节点不受损坏。 

　　模型如图所示： 

　　不考虑楼板的框架模型 考虑楼板的框架模型 

　　2计算结果分析 

　　结构连续倒塌是一个动力非线性过程，为全面反应倒塌动态，结果分析采用以下动力参数：整体变形及失效点竖向位移时程曲线。 

　　2.1 不考虑楼板的平面框架连续倒塌性能研究 

　　1.整体变形： 

　　拆除底层中柱，1.5s之前，即拆除底层中柱之前结构基本处于弹性工作阶段。 1.5s时刻即拆柱后，各构件的塑性应变剧增，最大塑性应变发生在底层梁柱节点，各层节点塑性应变不断积累，主要集中在各层梁柱节点及梁跨中处。到2.0s时，中柱发生大位移向下塌落，各层梁随之向下塌落，到3.0s时边柱向内倾覆，结构整体向下坍塌。 

　　拆除底层边柱，1.5s之前，结构处于弹性工作阶段，塑性应变为0。1.5s时刻突然拆除底层边柱，结构塑性应变剧增，最大应变发生在底层左跨梁柱节点及跨中处，右跨柱脚塑性应变最小，左跨塑形应变不断积累。2.0s时刻左跨各层构件开始向下塌落，而右跨未发生破坏。到3.0s结构左跨向下发生大位移塌落，框架整体略微向右倾斜，而右跨没有发生破坏和倒塌。 

　　2.失效点竖向位移： 

　　拆除底层中柱，2.0s、2.5s、3.0s竖向位移分别为0.55m，1.0m，1.4m。 

　　拆除底层边柱，2.0s、2.5s、3.0s竖向位移分别为0.4m，0.7m，1.05m。 

　　2.2考虑楼板的平面框架连续倒塌性能研究 

　　1.整体变形： 

　　拆除底层中柱，1.5s之前，结构处于弹性工作阶段，塑性应变为0。1.5s时刻突然拆除底层中柱，结构塑性应变急剧增大，最大达10的-2数量级，最大应变发生在底层梁柱节点处，但大部分构件仍处于弹性工作阶段。2.0s时刻各层梁柱节点及梁跨中发生破坏，结构开始向下塌落。到3.0s结构发生大位移塌落，梁板破坏严重。 

　　拆除底层边柱，1.5s之前，结构处于弹性工作阶段，塑性应变为0。1.5s时刻突然拆除底层边柱，结构塑性应变剧增，最大应变发生在底层中间梁柱节点处，右跨处于弹性工作阶段，左跨塑形应变不断积累。2.0s时刻左跨各层构件开始向下塌落，而右跨未发生破坏。到3.0s结构左跨向下发生大位移塌落，框架整体略微向右倾斜，而右跨没有发生破坏和倒塌。 

　　2.失效点竖向位移 

　　拆除底层中柱，2.0s、2.5s、3.0s竖向位移分别为0.34m，0.52m，0.65m。 

　　拆除底层边柱，2.0s、2.5s、3.0s竖向位移分别为0.32m，0.47m，0.50m。 

　　3 结论 

　　（1）中柱破坏后的连续倒塌反应明显比边柱破坏敏感，加强中柱防护对提高结构抗连续倒塌性能有重要意义。 

　　（2）钢筋混凝土框架在偶然荷载作用导致关柱破坏后，破坏跨失去直接传力路径并通过连接构件向相邻构件上传力，首先在相邻柱连接节点处产生塑形应变，破坏的梁柱在向下位移时会发生分段破坏。造成余下结构在自重和活载的作用下发生连续倒塌。 

　　（3）考虑楼板后的平面框架连续倒塌反应明显小于不考虑楼板的平面框架，这是由于楼板增加了梁的截面面积，限制了裂缝的开展，保证了梁的内拱承载机制，有效的减少了结构的变形，可见楼板对于结构抗连续倒塌性能影响重大，所以研究楼板对结构抗连续倒塌性能的影响意义重大。 

　　参考文献： 

　　[1]GB50010-2010 混凝土结构设计规范［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2002. 

　　[2]齐宏拓， 李琪琳. 钢筋混凝土楼板抗连续倒塌性能数值模拟分析[J]. 建筑 

　　结构， 2010， 40（增刊）： 358-364. 

　　[3]梁益， 陆新征等. 楼板对结构抗连续倒塌能力的影响[J]. 四川建筑科学研究， 2010， 63（2）： 5-10.